JP2015231713A - 樹脂成形体製造方法及び樹脂成形用プレス型 - Google Patents

Abstract

【課題】プレス成形時のキャビティ面での繊維や樹脂の流動性を高めて、樹脂成形体の強度を確保する。
【解決手段】樹脂成形体製造方法は、繊維のバインダー樹脂として熱可塑性樹脂が用いられた繊維強化樹脂材２０を加熱して、複数の表面凸部１８が設けられたキャビティ面１６を夫々有する上型１１（第１の型）と下型１２（第２の型）との間に、繊維強化樹脂材２０を配置する第１工程Ｓ１と、上型１１（第１の型）と下型１２（第２の型）とを成形方向に重ね、キャビティ面１６で繊維強化樹脂材２０をプレス成形する第２工程と、を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、樹脂成形体製造方法及び樹脂成形用プレス型に関する。

連続繊維強化熱可塑性樹脂層と、不連続繊維強化熱可塑性樹脂層とが積層されたシート材料を金型でプレス成形する技術が開示されている（特許文献１参照）。この技術は、不連続繊維強化熱可塑性樹脂層の流動性が高く、連続繊維強化熱可塑性樹脂層の流動性が低い点に着目し、シート材料を金型でプレス成形した際に、金型を問題なく開くことができ、バリの発生も抑制できるようにすることを課題としている。

特開２０１３−６７０５１号公報

ところで、離型不良対策として、金型のキャビティ面を鏡面にする（表面粗さを良くする）ことが一般的に行われている。キャビティ面を鏡面にすると樹脂の流動性は良好になるが、繊維がキャビティ面に付着し易くなり、流動抵抗が増大する。これにより、樹脂成形体において、樹脂が多く繊維が少ない樹脂リッチの部分や、繊維が多く樹脂が少ない部分が生じると、該樹脂成形体の曲げ強度が低下することが懸念される。また、繊維がうねりを持った場合には、樹脂成形体の曲げ強度が、ある曲げ方向で大幅に低下する、つまり曲げ強度が方向性を持つことが懸念される。このようなキャビティ面とシート材料との接触部分における繊維や樹脂の流動性については、上記した従来例では特に考慮されていない。

本発明は、上記事実を考慮して、プレス成形時のキャビティ面での繊維や樹脂の流動性を高めて、樹脂成形体の強度を確保することを目的とする。

請求項１に係る樹脂成形体製造方法は、繊維のバインダー樹脂として熱可塑性樹脂が用いられた繊維強化樹脂材を加熱して、複数の表面凸部が設けられたキャビティ面を夫々有する第１の型と第２の型との間に、前記繊維強化樹脂材を配置する第１工程と、前記第１の型と前記第２の型とを成形方向に重ね、前記キャビティ面で前記繊維強化樹脂材をプレス成形する第２工程と、を有する。

この樹脂成形体製造方法では、複数の表面凸部が設けられたキャビティ面で繊維強化樹脂材をプレス成形するので、キャビティ面が鏡面である場合と比較して、繊維強化樹脂材と接触するキャビティ面の面積が少なくなり、該キャビティ面に繊維が付着し難くなる。このため、プレス成形時のキャビティ面での繊維や樹脂の流動性を高めて、樹脂成形体の強度を確保することができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の樹脂成形体製造方法において、前記繊維強化樹脂材の表面に複数の表面凸部を設けておく。

この樹脂成形体製造方法では、繊維強化樹脂材にも複数の表面凸部を設けることにより、キャビティ面と繊維強化樹脂材との接触面積を更に少なくしている。このため、プレス成形時のキャビティ面での繊維や樹脂の流動性を更に高めることができる。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の樹脂成形体製造方法において、前記表面凸部は、プレス成形時における前記熱可塑性樹脂及び前記繊維の流れ方向に沿って形成されている。

この樹脂成形体製造方法では、表面凸部の方向が、プレス成形時における熱可塑性樹脂及び繊維の流れ方向に沿っているので、プレス成形時における熱可塑性樹脂及び繊維の流動性をより一層高めることができる。

請求項４の発明は、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の樹脂成形体製造方法において、前記表面凸部の高さは、０．０５〜１ｍｍである。

この樹脂成形体製造方法では、表面凸部の高さを適切に設定しているので、樹脂成形体の表面形状への影響を抑制することができる。

請求項５に係る樹脂成形用プレス型は、キャビティ面に複数の表面凸部が設けられている。

この樹脂成形用プレス型では、キャビティ面に複数の表面凸部が設けられているので、繊維のバインダー樹脂として熱可塑性樹脂が用いられた繊維強化樹脂材を加熱してプレス成形する際に、該繊維強化樹脂材と接触するキャビティ面の面積が少なくなり、該キャビティ面に繊維が付着し難くなる。このため、プレス成形時のキャビティ面での繊維や樹脂の流動性を高めて、樹脂成形体の強度を確保することができる。

請求項６の発明は、請求項５に記載の樹脂成形用プレス型において、前記表面凸部は、繊維のバインダー樹脂として熱可塑性樹脂が用いられた繊維強化樹脂材を加熱してプレス成形する際の前記熱可塑性樹脂及び前記繊維の流れ方向に沿って形成されている。

この樹脂成形用プレス型では、表面凸部の方向が、プレス成形時における熱可塑性樹脂及び繊維の流れ方向に沿っているので、プレス成形時における熱可塑性樹脂及び繊維の流動性をより一層高めることができる。

請求項７の発明は、請求項５又は請求項６に記載の樹脂成形用プレス型において、前記表面凸部の高さは、０．０５〜１ｍｍである。

この樹脂成形用プレス型では、表面凸部の高さを適切に設定しているので、樹脂成形体の表面形状への影響を抑制することができる。

以上説明したように、請求項１に記載の樹脂成形体製造方法によれば、プレス成形時のキャビティ面での繊維や樹脂の流動性を高めて、樹脂成形体の強度を確保することができる、という優れた効果が得られる。

請求項２に記載の樹脂成形体製造方法によれば、プレス成形時のキャビティ面での繊維や樹脂の流動性を更に高めることができる、という優れた効果が得られる。

請求項３に記載の樹脂成形体製造方法によれば、プレス成形時における熱可塑性樹脂及び繊維の流動性をより一層高めることができる、という優れた効果が得られる。

請求項４に記載の樹脂成形体製造方法によれば、樹脂成形体の表面形状への影響を抑制することができる、という優れた効果が得られる。

請求項５に記載の樹脂成形用プレス型によれば、プレス成形時のキャビティ面での繊維や樹脂の流動性を高めて、樹脂成形体の強度を確保することができる、という優れた効果が得られる。

請求項６に記載の樹脂成形用プレス型によれば、プレス成形時における熱可塑性樹脂及び繊維の流動性をより一層高めることができる、という優れた効果が得られる。

請求項７に記載の樹脂成形用プレス型によれば、樹脂成形体の表面形状への影響を抑制することができる、という優れた効果が得られる。

本実施形態に係る樹脂成形用プレス型を示す斜視図である。 キャビティ面に設けられた表面凸部を示す拡大断面図である。 繊維強化樹脂材を配置した状態を示す断面図である。 キャビティ面に設けられた表面凸部と、繊維強化樹脂材を示す拡大断面図である。 図４において、繊維強化樹脂材の表面に表面凸部が設けられた例を示す拡大断面図である。 プレス成形時の熱可塑性樹脂及び繊維の流動を示す拡大断面斜視図である。 樹脂成形体を示す斜視図である。 樹脂成形体の表面に形成された溝を示す拡大斜視図である。 曲げ強度について、目標、従来例、実施例を比較した線図である。 縦方向と横方向の曲げ強度について、目標、従来例、実施例を比較した線図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づき説明する。図１，図２において、本実施形態に係る樹脂成形用プレス型１０は、第１の型の一例たる上型１１と、第２の型の一例たる下型１２とを有している。この樹脂成形用プレス型１０は、繊維（図示せず）のバインダー樹脂として熱可塑性樹脂（図示せず）が用いられた繊維強化樹脂材２０（図３から図６）を、スタンピング成形により深絞り加工するために用いられる。繊維強化樹脂材２０は、例えば炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）である。

一例として、上型１１には深絞り加工用の凹部１４が設けられ、下型１２には該凹部１４に対応する深絞り加工用の凸部２４が設けられている。この凹部１４及び凸部２４は、例えば矢印Ａ方向に直線状に延びている。上型１１と下型１２が重ねられたときにキャビティ（図示せず）が構成される。キャビティを構成する型表面がキャビティ面１６である。

キャビティ面１６の例えば全面には、複数の表面凸部１８が夫々設けられている。表面凸部１８は、繊維強化樹脂材２０（図３から図６）を加熱してプレス成形する際の熱可塑性樹脂及び繊維の流れ方向に沿って、例えば連続的に延設されている。つまり、表面凸部１８は、凸条となっている。この流れ方向は、上型１１の凹部１４及び下型１２の凸部２４が延びる方向（矢印Ａ方向）と同じである。表面凸部１８は、凹部１４及び凸部２４を含むキャビティ面１６の表面形状として存在しており、該凹部１４及び凸部２４のように絞り加工による成形用の形状とは異なる。

具体的には、図２において、表面凸部１８の断面形状は略正方形である。表面凸部１８の高さＨ及び幅Ｗは同等であり、夫々例えば０．０５〜１ｍｍである。互いに隣接する表面凸部１８の間隙Ｄも、例えば０．０５〜１ｍｍである。表面凸部１８の高さは、各表面凸部１８の近傍のキャビティ面１６に対する法線方向の高さである。互いに隣接する表面凸部１８により、溝２８が形成されている。図２は、下型１２の表面凸部１８を示しているが、上型１１の表面凸部１８についても同様である。なお、表面凸部１８の断面形状は正方形に限られず、他の多角形、円弧形等であってもよい。

（作用）
本実施形態は、上記のように構成されており、以下その作用について説明する。図３から図６において、本実施形態に係る樹脂成形用プレス型１０を用いると、次の樹脂成形体製造方法によって、樹脂成形体３０（図７）を、スタンピング成形により製造することができる。

［樹脂成形体製造方法］
図３から図６において、本実施形態に係る樹脂成形体製造方法は、第１工程Ｓ１と、第２工程Ｓ２とを有している。

図３，図４において、第１工程Ｓ１では、繊維のバインダー樹脂として熱可塑性樹脂が用いられた繊維強化樹脂材２０を加熱して、キャビティ面１６を夫々有する上型１１と下型１２との間に、繊維強化樹脂材２０を配置する。図５に示されるように、加熱される前の繊維強化樹脂材２０の表面に、複数の表面凸部２６を設けておいてもよい。この表面凸部２６は、表面凸部１８と同様の形状とされる。

図６において、第２工程Ｓ２では、上型１１と下型１２とを成形方向に重ね、複数の表面凸部１８が設けられたキャビティ面１６で繊維強化樹脂材２０をプレス成形する。キャビティ面１６に複数の表面凸部１８が設けられているので、キャビティ面１６が鏡面である場合と比較して、繊維強化樹脂材２０と接触するキャビティ面１６の面積が少なくなる。

具体的には、表面凸部１８が繊維強化樹脂材２０の表面に接触した初期段階では、該繊維強化樹脂材２０は、表面凸部１８間の溝２８を跨いた状態となり、該溝２８の内面には接触しない。成形が進むと、繊維強化樹脂材２０の熱可塑性樹脂は加熱により軟化しているため、表面凸部１８が繊維強化樹脂材２０の表面に若干食い込んで行く。しかしながら、溝２８が繊維強化樹脂材２０で満たされるまでには若干の猶予がある。熱可塑性樹脂を軟化させる度合、溝２８の形状や寸法の設定によっては、成形終了まで溝２８が繊維強化樹脂材２０で満たされないようにすることもできる。

これにより、キャビティ面１６に繊維が付着し難くなるため、熱可塑性樹脂及び繊維の流動性を高めることができる。特に繊維強化樹脂材２０が溝２８の内面に接触していない状態では、熱可塑性樹脂及び繊維の流動性が高くなる。また、表面凸部１８の方向は、プレス成形時における熱可塑性樹脂及び繊維の流れ方向（矢印Ａ方向）に沿っているので、該熱可塑性樹脂及び繊維の流動性を更に高めることができる。

図５に示されるように、繊維強化樹脂材２０にも複数の表面凸部２６を設けた場合には、キャビティ面１６と繊維強化樹脂材２０との接触面積が更に少なくなるので、プレス成形時のキャビティ面１６での繊維や樹脂の流動性をより一層高めることができる。

このように、本実施形態によれば、プレス成形時のキャビティ面１６での繊維や樹脂の流動性を高めて、樹脂成形体３０の強度を確保することができる。また、繊維や樹脂の流動性が高くなることで、プレス成形に必要な加圧力が小さくなるので、既存のプレス機が比較的加圧力の小さいものであっても、そのプレス機を利用することができる。従って、設備投資を抑制することができる。

更に、表面凸部１８の高さを適切に設定することにより、樹脂成形体３０の表面形状への影響を抑制することができる。成形時に表面凸部１８が繊維強化樹脂材２０の表面に食い込んだ状態で、熱可塑性樹脂が冷却されて固化することにより、図７，図８に示されるように、樹脂成形体３０の表面には、複数の溝３８が形成される。上型１１及び下型１２（図１）の表面凸部１８の高さＨは０．０５〜１ｍｍであり（図２）、溝３８の深さもこれと同等となる。なお、図８では、溝３８の大きさが誇張して描かれている。

図９は、樹脂成形体の曲げ強度について、目標、従来例、実施例を比較した線図である。縦軸は、目標を１００とした指数であり、数値が大きいほど良好な結果であることを示している。従来例は、ほとんど炭素繊維だけで構成される部位の曲げ強度であり、目標の約７７％に留まっている。実施例は、本実施形態より成形された樹脂成形体３０に係る曲げ強度であり、目標の約１０７％を達成している。

図１０は、縦方向と横方向の樹脂成形体の曲げ強度について、目標、従来例、実施例を比較した線図である。縦軸については図９と同様である。縦方向の曲げ強度とは、図７における矢印Ｂ方向の曲げに対する強度であり、横方向の曲げ強度とは、図７における矢印Ｃ方向の曲げに対する強度である。従来例は、炭素繊維がうねりを持っている場合の曲げ強度であり、縦方向の曲げ強度が目標を若干下回り、横方向の曲げ強度が目標の５０％を下回っている。実施例は、本実施形態に係る樹脂成形体３０の曲げ強度であり、曲げの方向にかかわらず、目標の約１０７％を達成している。図９，図１０より、樹脂成形体の強度を確保するために、本実施形態が有効であることがわかる。

［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態の一例について説明したが、本発明の実施形態は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

上型１１及び下型１２における成形用の凹凸形状は図示のものに限られず、成形する樹脂成形体３０の形状に応じて適宜変更される。

表面凸部１８がキャビティ面１６の全面に設けられるものとしたが、例えば熱可塑性樹脂及び繊維が流れ難い部位に限定して表面凸部１８を設けてもよい。また、表面凸部１８が延びる方向は、矢印Ａ方向と平行に限られず、熱可塑性樹脂及び繊維が滞りなく流れるのであれば、矢印Ａ方向に対して傾斜したり、蛇行したりしていてもよい。更に、表面凸部１８が連続的に延設されているものとしたが、表面凸部１８は断続的に設けられていてもよい。その場合、１つの表面凸部１８の長さは、５〜２５ｍｍ程度であることが望ましい。これは繊維の長さを考慮して、適宜変更される。表面凸部１８はキャビティ面１６に点状に分布してもよい。

１０ 樹脂成形用プレス型
１１ 上型（第１の型）
１２ 下型（第２の型）
１６ キャビティ面
１８ 表面凸部
２０ 繊維強化樹脂材
２６ 表面凸部
Ｓ１ 第１工程
Ｓ２ 第２工程
Ｈ 凸部の高さ

Claims (7)

1. 繊維のバインダー樹脂として熱可塑性樹脂が用いられた繊維強化樹脂材を加熱して、複数の表面凸部が設けられたキャビティ面を夫々有する第１の型と第２の型との間に、前記繊維強化樹脂材を配置する第１工程と、
   前記第１の型と前記第２の型とを成形方向に重ね、前記キャビティ面で前記繊維強化樹脂材をプレス成形する第２工程と、
   を有する樹脂成形体製造方法。
2. 前記繊維強化樹脂材の表面に複数の表面凸部を設けておく、請求項１に記載の樹脂成形体製造方法。
3. 前記表面凸部は、プレス成形時における前記熱可塑性樹脂及び前記繊維の流れ方向に沿って形成されている請求項１又は請求項２に記載の樹脂成形体製造方法。
4. 前記表面凸部の高さは、０．０５〜１ｍｍである請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の樹脂成形体製造方法。
5. キャビティ面に複数の表面凸部が設けられた樹脂成形用プレス型。
6. 前記表面凸部は、繊維のバインダー樹脂として熱可塑性樹脂が用いられた繊維強化樹脂材を加熱してプレス成形する際の前記熱可塑性樹脂及び前記繊維の流れ方向に沿って形成されている請求項５に記載の樹脂成形用プレス型。
7. 前記表面凸部の高さは、０．０５〜１ｍｍである請求項５又は請求項６に記載の樹脂成形用プレス型。

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